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'''共形循环宇宙学'''（{{lang-en|Conformal cyclic cosmology}}，简称：'''CCC'''）是[[广义相对论]]框架下的一个[[物理宇宙学|宇宙学模型]]，由理论物理学家[[罗杰·彭罗斯]]提出。<ref>{{Cite news|title=Cosmos may show echoes of events before Big Bang|first=Jason|author=Palmer|date=2010-11-27|work=[[BBC News]]|url=https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-11837869|accessdate=2010-11-27|archive-date=2018-01-21|archive-url=https://web.archive.org/web/20180121021426/http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-11837869}}</ref><ref name="epac2006">{{Cite journal |last=Roger Penrose |year=2006 |title=Before the Big Bang: An Outrageous New Perspective and its Implications for Particle Physics |url=http://accelconf.web.cern.ch/accelconf/e06/PAPERS/THESPA01.PDF |journal=Proceedings of the EPAC 2006, Edinburgh, Scotland |page=2759–2762 |access-date=2022-05-19 |archive-date=2013-04-10 |archive-url=https://www.webcitation.org/6FmPnFxmQ?url=http://accelconf.web.cern.ch/accelconf/e06/PAPERS/THESPA01.PDF }}</ref><ref name="arxiv.org">{{Cite journal |last=Gurzadyan |first=VG |last2=Penrose |first2=R |year=2013 |title=On CCC-predicted concentric low-variance circles in the CMB sky |journal=Eur. Phys. J. Plus |volume=128 |issue=2 |page=22 |arxiv=1302.5162 |bibcode=2013EPJP..128...22G |doi=10.1140/epjp/i2013-13022-4 |s2cid=55249027}}</ref>在该模型中，宇宙经历无限地循环迭代，前一次迭代的未来[[彭罗斯图|类时无限远]]与下一次迭代的[[大爆炸]]奇点相同。 <ref>{{Cite web|title=Penrose claims to have glimpsed universe before Big Bang|url=http://physicsworld.com/cws/article/news/44388|access-date=2010-11-27|author=Cartlidge|date=2010-11-19|first=Edwin|publisher=physicsworld.com|archive-date=2013-04-10|archive-url=https://www.webcitation.org/6FmPnkIXH?url=http://physicsworld.com/cws/article/news/2010/nov/19/penrose-claims-to-have-glimpsed-universe-before-big-bang}}</ref>彭罗斯在他2010年出版的《[[宇宙的轮回]]》一书中推广了这一理论。

== 基本结构 ==
彭罗斯描述的共形循环宇宙学的基本结构<ref name="epac2006" />是一个开放式[[弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规]]（简称FLRW）时空的[[可數集|可数]]序列之间的无限连接，其中每一个时空代表一个[[大爆炸]]以及之后无限的未来膨胀。彭罗斯注意到，经过适当的[[共形映射|共形重标度]]（conformal rescaling）后，一个FLRW时空的过去[[彭罗斯图|共形边界]]可以与另一个未来的FLRW时空的共形边界“相连”。具体而言，每个单独的FLRW度规<math>g_{ab}</math>乘以共形因子<math>\Omega</math>的平方进行重新标度，该因子在类时无限远处趋近于零，于是可以将未来的共形边界“压扁”为规则的[[超曲面]]（如果按目前研究认为的那样[[宇宙学常数]]为正，那这个超曲面是是类空的）。其结果是爱因斯坦方程的一个新解，彭罗斯用它来代表整个宇宙，它由彭罗斯称之为“世代”（aeon）的一系列连续的宇宙阶段组成。

共形循环宇宙学模型要求所有有质量的粒子最终都会消亡（无质量的粒子不经历时间），包括那些与所有其他粒子分离得太远而无法与它们一起湮灭的粒子。正如彭罗斯所指出的那样，许多以[[标准模型]]为基础的模型中都考虑过[[质子衰变]]的可能性，但这从未被实验观察到。此外，所有[[电子]]也必须衰变或者失去它们的电荷或质量，而这也是传统理论中所没有的。<ref name="epac2006" />

在彭罗斯的诺贝尔奖演讲中，他适当修正了之前对无质量的要求，允许一些有质量的粒子存在，只要它们在以光子为主的共形几何中的数量微不足道，并且几乎所有的能量都是动能的。<ref>{{Cite web|title=Nobel Lecture: Roger Penrose, Nobel Prize in Physics 2020|url=https://www.youtube.com/watch?v=DpPFn0qzYT0|access-date=22 May 2021|author=Penrose|first=Roger|work=YouTube|publisher=Nobel Prize Committee|archive-date=2022-04-20|archive-url=https://web.archive.org/web/20220420043334/https://www.youtube.com/watch?v=DpPFn0qzYT0}}</ref>

== 物理影响 ==
共形循环宇宙学模型中粒子物理学的一个显著特征是，由于[[玻色子]]遵循[[共形場論|共形不变的量子理论]]，它们在重新标度的“世代”中的行为方式与原来的FLRW空间中完全相同。对于这样的粒子，“世代”之间的边界并非是真实的边界，而是像一个普通的类空曲面一样可以被穿过。与此相对，[[费米子]]则会被限制在一个“世代”之中，这为[[黑洞信息悖论]]提供了一种解决方案；根据彭罗斯的说法，费米子必须在黑洞蒸发过程中不可逆转地转化为辐射，以保持“世代”之间的光滑边界。

彭罗斯模型的曲率性质也有利于解释某些宇宙学问题。首先，“世代”之间的边界满足{{le|外尔曲率假说|Weyl curvature hypothesis}}，从而保证了低[[熵]]的过去（这是{{le|过去假设|Past hypothesis}}、统计力学以及实证观测结果所要求的）。其次，彭罗斯计算出一定量的引力辐射可以穿越“世代”之间的边界。他认为，这种额外的引力辐射可能足以解释观测到的[[宇宙加速膨胀]]，而无需借助[[暗能量]]场。

== 实验 ==
2010年，彭罗斯和{{le|瓦赫·古萨德扬|Vahe Gurzadyan}}发文声称[[威尔金森微波各向异性探测器]]（WMAP）和[[毫米波段气球观天计划]]对[[宇宙微波背景]]的观测与基于标准[[ΛCDM模型]]的模拟结果相比多出了额外的同心圆，是上一“世代”的引力辐射留下的，其结果有6σ的显著性。然而，这一统计显著性分析结果此后一直存在争议。三个研究团队独立地试图重现这些结果，但发现这些异常的同心圆并没有统计学意义。<ref>{{Cite journal |last=Wehus IK |last2=Eriksen HK |date=2010-12-07 |title=A search for concentric circles in the 7-year WMAP temperature sky maps |journal=The Astrophysical Journal |volume=733 |issue=2 |page=L29 |arxiv=1012.1268 |bibcode=2011ApJ...733L..29W |doi=10.1088/2041-8205/733/2/L29}}</ref><ref>{{Cite journal |last=Moss A |last2=Scott D |last3=Zibin JP |date=2010-12-07 |title=No evidence for anomalously low variance circles on the sky |journal=Journal of Cosmology and Astroparticle Physics |volume=2011 |issue=4 |page=033 |arxiv=1012.1305 |bibcode=2011JCAP...04..033M |doi=10.1088/1475-7516/2011/04/033 |s2cid=118433733}}</ref><ref>{{Cite journal |last=Hajian A |date=2010-12-08 |title=Are There Echoes From The Pre-Big Bang Universe? A Search for Low Variance Circles in the CMB Sky |journal=The Astrophysical Journal |volume=740 |issue=2 |page=52 |arxiv=1012.1656 |bibcode=2011ApJ...740...52H |doi=10.1088/0004-637X/740/2/52 |s2cid=118515562}}</ref><ref>{{Cite journal |last=DeAbreu |first=A. |display-authors=etal |year=2015 |title=Searching for concentric low variance circles in the cosmic microwave background |journal=Journal of Cosmology and Astroparticle Physics |volume=2015 |issue=12 |page=031 |arxiv=1508.05158 |bibcode=2015JCAP...12..031D |doi=10.1088/1475-7516/2015/12/031 |s2cid=119205759}}</ref>

这一分歧的根本原因源于如何构建用于检验显著性的模拟：试图重复结果的三个团队采用的都是基于标准ΛCDM模型的模拟，而彭罗斯和古萨德扬使用的则是一种未被记载的非标准模型。<ref>{{Cite arXiv|eprint=1012.1486|title=More on the low variance circles in CMB sky|author1=Gurzadyan VG}}</ref>

2013年，古萨德扬和彭罗场发表了他们工作的新发展，并引入了一种他们称为“天空扭曲处理”（sky-twist procedure）的不基于模拟的新方法，并使用该方法直接分析WMAP的数据。<ref name="arxiv.org" />2015年，他们又发表了基于[[普朗克卫星]]数据的分析结果，其中包括了不均匀天空分布的同心圆结构，证实了他们之前对WMAP数据的分析。 <ref name="CCC and the Fermi paradox">{{Cite journal |last=Gurzadyan |first=V.G. |last2=Penrose |first2=R. |year=2016 |title=CCC and the Fermi paradox |journal=Eur. Phys. J. Plus |volume=131 |page=11 |arxiv=1512.00554 |bibcode=2016EPJP..131...11G |doi=10.1140/epjp/i2016-16011-1 |s2cid=73537479}}<cite class="citation journal cs1" data-ve-ignore="true" id="CITEREFGurzadyanPenrose2016">Gurzadyan, V.G.; Penrose, R. (2016). "CCC and the Fermi paradox". ''Eur. Phys. J. Plus''. '''131''': 11. [[arXiv]]:<span class="cs1-lock-free" title="Freely accessible">[//arxiv.org/abs/1512.00554 1512.00554]</span>. [[Bibcode]]:[https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2016EPJP..131...11G 2016EPJP..131...11G] {{Wayback|url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2016EPJP..131...11G |date=20220519051040 }}. [[DOI|doi]]:[[doi:10.1140/epjp/i2016-16011-1|10.1140/epjp/i2016-16011-1]]. [[语义学者|S2CID]]&nbsp;[https://api.semanticscholar.org/CorpusID:73537479 73537479].</cite></ref>

在2018年发表的一篇论文中，彭罗斯等人对宇宙微波背景辐射的数据进行了进一步分析，指出“无论共形循环宇宙模型是否成立，这些异常点都为宇宙学提供了重要的新发现”。他们还提出，这些异常可能是“[[史蒂芬·霍金|霍金]]点”（Hawking point），即源于“我们之前‘世代’中的超大质量黑洞的[[霍金輻射|霍金蒸发]]”的残余信号。他们论文的原始版本声称其中一个霍金点与[[宇宙泛星系偏振背景成像|BICEP2]]团队发现的一处[[宇宙微波背景|B模]]位置重合。不过，在之后的更新版本中已经删去了该主张。2020年的一项研究发现，一旦考虑到{{le|别处效应|Look-elsewhere effect}}，这些表面上异常的“霍金点”实际上与标准通胀模型是相容的，因此认为它们不能用作支持共形循环宇宙的证据。<ref>{{Cite journal |last=Jow |first=Dylan L. |last2=Scott |first2=Douglas |date=2020-03-09 |title=Re-evaluating evidence for Hawking points in the CMB |url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2020/03/021 |journal=Journal of Cosmology and Astroparticle Physics |volume=2020 |issue=3 |page=021 |arxiv=1909.09672 |bibcode=2020JCAP...03..021J |doi=10.1088/1475-7516/2020/03/021 |issn=1475-7516 |s2cid=202719103 |access-date=2022-05-19 |archive-date=2022-02-07 |archive-url=https://web.archive.org/web/20220207082720/https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2020/03/021 }}</ref>

== 共形循环宇宙与费米悖论 ==
2015年，古萨德扬和彭罗场还讨论了[[费米悖论]]，即地外文明存在性的过高估计和缺少相关证据之间的矛盾。在共形循环宇宙学中，宇宙微波背景辐射提供了信息从一个“世代”传到另一个“世代”的可能性，包括{{le|信息胚种论|Information panspermia}}概念里的智能信号。 <ref name="CCC and the Fermi paradox" />

== 参考文献 ==
{{Reflist}}

{{Roger Penrose}}

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